Полный курс лекций по математике (стр. 10 из 14)

Решение: dy = y` * dx = (2<sup>x^2</sup>)` * dx = 2^{x^2} ln2 * 2xdx

Производные высших порядков.

Пусть мы нашли от функции у = f(х) ее производную у` = f `(х). Производная от этой производной и называется производной второго порядка от функции f(х) и обозначается у`` или f `` (х) или (d²y) / (dx²). Аналогично определяются и обозначаются: производная третьего порядка у``` = f ```(x) = (d³y) / (dx³).

производная четвертого порядка у^IV = f ^IV(x) = (d⁴y) / (dx⁴).

производная n-oго порядка у⁽ⁿ⁾ = f ⁽ⁿ⁾(x) = (d ⁿ y) / (dxⁿ).

Пример: у = 5х⁴ – 3х³ + 2х – 2. Найти у``.

Решение. Находим в начале первую производную: у` = 20х³ – 9х² +2, потом вторую от первой производной: у`` = 60х² – 18х.

Пример. y=хsinx. Найти у```.

Решение. y` = sinx + xcosx

y`` = cosx + cosx – x sinx = 2cosx – x sinx

y``` = -2sinx – sinx – x cosx = -3sinx – x cosx.

Тема 12. Понятие первообразной. Неопределенный интеграл. Свойства неопределенного интеграла.

Определение. Функция F(x) называется первообразной для функции f(x) на интервале Х, если в каждой точке этого интервала выполняется условие

F ` (x)=f(x).

Например, для функции f(x) = 2х первообразной является F(х) = х² для любых х Є (-∞, ∞).

Действительно, F`(x) = 2x = f(x).

F₁(x) = x² + 2 так же является первообразной для f(x) = 2x, F₂(x) = x² – 100 первообразная той же функции f(x) = 2x.

Теорема. Если F₁(x) и F₂(x) первообразные для функции f(x) на некотором интервале Х, то найдется такое число С, что справедливо равенство:

F₂(x) = F₁(x) + C,

Или можно сказать так, две первообразные для одной и той же функции отличаются друг от друга на постоянное слагаемое.

Определение. Совокупность всех первообразных для функции f(x) на интервале Х называется неопределенным интегралом от функции f(x) и обозначается

f(x)dx, где - знак интеграла, f(x) – подинтегральная функция, f(x)dx – подинтегральное выражение. Таким образом

f(x)dx = F(x) + C,

F(x) – некоторая первообразная для f(x), С – произвольная постоянная. Операция нахождения неопределенного интеграла от функции называется интегрированием этой функции.

Основные свойства неопределенного интеграла.

1. (

(f(x)dx)` = f(x). Производная от неопределенного интеграла равна подынтегральной функции.

2. Дифференциал от неопределенного интеграла равен подинтегральному выражению. d(

f(x)dx) = f(x)dx.

3. Неопределенный интеграл от дифференциала некоторой функции равен этой функции с точностью до постоянного слагаемого.

d(F(x)) = F(x) + C.

4. Постоянный множитель можно выносить за знак интеграла:

, где к - число

5. Интеграл от суммы двух функций равен сумме интегралов от этих функций

(f(x) +φ(x))dx = f(x)dx + φ(x)dx.

Для вычисления неопределенных интегралов от функций используют таблицу неопределенных интегралов, которая приводиться ниже.

Таблица неопределенных интегралов.

1.

х^α dx = [x^α+1 / (α +1)] +C, α ≠ -1, α Є R

2.

dx/x = ln│x│+C

3.

a^x = (a^x/ln a)+C, e^xdx = e^x+C

4.

sinx dx = -cosx + C

5.

cosx dx = sinx + C

6.

dx/(cosx)² = tgx + C

7.

dx/(sinx)² = -ctgx + C

8.

dx / ²-x²) = (arcsin x/a) + C

9.

dx / ² – x²) = (-arccos x/a) +C

10.

dx / a² +x² = 1/a arctg x/a +C

11.

dx / a² +x² = - 1/a arcctg x/a +C

12.

dx / a² -x² = 1/2a ln │x+a/x-a│ +C

13.

dx / a² +x²) = ln │x+ ²+x²)│ +C.

Пример 1. Вычислить

(2х² -3 -1)dx.

Решение. Воспользуемся свойствами 4 и 5 неопределенных интегралов и первой табличной формулой.

(2х² -3 -1)dx = 2 х² dx - 3 х^1/2 dx - dx=

= 2(x²/2) – 3[(х^3/2 *2)/3] – x + C = x² - 2

³ – x +C.

Пример 2.

(2/ -1/х + 4sinx)dx = 2х ^–1/2dx – ln │х│ - 4cosx + C =

= 2[(x^1/2 *2)/1] – ln │x│ - 4 cosx +C = 4

-ln│x│- 4cosx + C.

Для вычисления неопределенных интегралов применяют следующие методы: метод непосредственного интегрирования, метод подстановки(метод замены переменной), метод интегрирования по частям.

Существуют элементарные функции первообразные которых элементарными функциями не являются. По этой причине соответствующие неопределенные интегралы называются «неберущимися» в элементарных функциях, а сами функции не интегрируемыми в элементарных функциях.

Например,

e ^{–x^2} dx, sinх² dx, cosх² dx, sinx/x dx, cosx/x dx, dx/lnx – «неберущиеся» интегралы , т.е. не существует такой элементарной функции, что F `(x) = e <sup>–x^2</sup>, F ` (x) = sinx² и т.д.

Тема 13. Определенный интеграл, его свойства.

Формула Ньютона - Лейбница.

Понятие интегральной суммы.

Пусть на отрезке [a, в] задана функция у = f(x). Разобьем отрезок на п элементарных отрезков точками деления а = х₀, х₁, х₂, …, х_п = в. На каждом элементарном отрезке [x_i-1, x_i] выберем произвольную точку С_i и положим

∆х_i = x_i – x_i-1, где i = 1,2,…,п, в каждой точке С_i найдем значение функции f(C_i), составим произведения f(C₁)∆x₁, f(C₂)∆x₂, …, f(C_i)∆x_i, …, f(C_n)∆x_n, рассмотрим сумму этих произведений: